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JPWO2002088374A1 - イソマルトースの製造方法並びに用途 - Google Patents

イソマルトースの製造方法並びに用途 Download PDF

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JPWO2002088374A1 JP2002585654A JP2002585654A JPWO2002088374A1 JP WO2002088374 A1 JPWO2002088374 A1 JP WO2002088374A1 JP 2002585654 A JP2002585654 A JP 2002585654A JP 2002585654 A JP2002585654 A JP 2002585654A JP WO2002088374 A1 JPWO2002088374 A1 JP WO2002088374A1
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Abstract

本発明は、イソマルトースの新規な製造方法とその用途を提供することを課題とし、この課題を、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下で、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて、非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度3以上のα−イソマルトシルグルコ糖質、及び/又は、サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}を生成させ、この生成物にイソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することを特徴とするイソマルトースの製造方法とその用途を確立することにより、解決するものである。

Description

技術分野
本発明は、イソマルトースの新規な製造方法とその用途に関し、より詳細には、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質からイソマルトースを高収率で得るためのイソマルトースの製造方法とその用途に関する。
背景技術
イソマルトースは、醗酵食品などに微量存在している難結晶性で優れた保湿性を有する低甘味糖質で、従来、グルコース、マルトース、パノースなどとの混合糖質として、各種食品、化粧品、医薬品等に幅広く使用されている有用な糖質である。
イソマルトースは、天然界に於いては、醗酵食品などに微量存在するに過ぎない希少糖質で、工業的には、酸触媒を用いるデキストランの部分加水分解反応、デキストラナーゼやイソマルトデキストラナーゼなどを用いる酵素反応、グルコースからのグルコアミラーゼ又は酸触媒を用いる逆合成反応、マルトース又はマルトデキストリンからのα−グルコシダーゼを用いるグルコース糖転移反応などによる製造方法が知られている。しかしながら、従来法により得られる反応液中のイソマルトース含有量は、固形物当り約10乃至約25%(w/w)(以下、本明細書に於いては、特にことわらない限り、「%(w/w)」を単に「%」と略記する。)程度に過ぎず、イソマルトースの工業的製造方法としては純度が低く、到底満足できるものではなかった。この問題点を改善する方法として、例えば、特開昭58−72598号公報に開示されたカラムクロマトグラフィーがある。この方法によれば、固形物当り、イソマルトース含有量が約10乃至約25%の原料糖液から、高純度イソマルトースを得ることができる。しかしながら、このイソマルトースの製造方法に於いても、得られるイソマルトースの純度、収率は、原料糖液中のイソマルトース含有量に依存せざるを得ないとの問題点があった。
斯かる状況下、イソマルトースを工業的に大量かつ安価に高収率で製造し得る新規な製造方法の確立が鶴首されていた。
本発明は、前記従来技術に鑑み、イソマルトースを工業的に大量かつ安価に高収率で製造し得るイソマルトースの製造方法とその用途を確立することを課題とする。
発明の開示
本発明者等が前記課題を解決することを目的として鋭意研究する中、『ヨーロピアン・ジャーナル・オブ・バイオケミストリー(European Journal of Biochemistry)』、第226巻、641乃至648頁(1994年)に於いて、主として、4個のグルコース残基がα−1,3結合とα−1,6結合により交互に連なった構造を有するアルテルナン(alternan)に加水分解酵素アルテルナナーゼ(alternanase)を作用させて得られる、分子内にイソマルトース構造を有するサイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}の構造を有する四糖類(以下、『環状四糖』と略記する。)の報告があった。
一方、本発明者等は、特願2000−229557号明細書に於いて、パノース等の澱粉由来の糖質から環状四糖を生成する、α−イソマルトシル転移酵素を用いる環状四糖の製造方法を開示すると共に、特願2000−234937号明細書に於いては、前記α−イソマルトシル転移酵素と、マルトオリゴ糖等からα−イソマルトシルグルコ糖質を生成するα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とを澱粉原料に作用させて環状四糖を効率よく製造する方法を開示している。
その後、本発明者等は、前記α−イソマルトシルグルコ糖質及び環状四糖が、それら分子内にイソマルトース構造を有していることに着目し、これらの糖質からイソマルトースを製造する方法について研究した。即ち、本発明者等は、これらα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素の酵素反応メカニズムについて研究した結果、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下でα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトースを遊離する作用を有するイソマルトース遊離酵素とを作用させると、イソマルトースの生成収率が飛躍的に向上し、しかも、工業的に容易に実施し得ることを見出した。更に、本発明者等は、斯かる製造方法により得られるイソマルトースの用途を確立して本発明を完成した。具体的には、本発明は、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下で、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて、非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度3以上のα−イソマルトシルグルコ糖質及び/又はサイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}を生成させ、この生成物にイソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することを特徴とするイソマルトースの製造方法とその用途を確立して、本発明の課題を解決したものである。
発明を実施する最良の形態
本発明で用いるα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とは、澱粉質からα−イソマルトシルグルコース(別名、パノース)、α−イソマルトシルマルトース、α−イソマルトシルマルトトリオース、α−イソマルトシルテトラオースなどのα−イソマルトシルグルコ糖質を生成する酵素を意味し、具体的には、特願2000−234937号明細書に開示された、2000年4月25日付で、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6所在の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに、受託番号FERM BP−7143として寄託されているバチルス グロビスポルス(Bacillus globisporus)C9、及び、2000年4月25日付で、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6所在の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに、受託番号FERM BP−7144として寄託されているバチルス グロビスポルス(Bacillus globisporus)C11由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素、及び特願2001−5441号明細書に開示された遺伝子組換え型α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性を有するポリペプチド等を例示することができる。
又、本発明で用いるα−イソマルトシル転移酵素とは、パノース、イソマルトシルマルトースのようなα−イソマルトシルグルコ糖質から環状四糖を生成する酵素を意味し、特願2000−229557号明細書に開示されたバチルス グロビスポルス(Bacillus globisporus)C9(FERM BP−7143)及びバチルス グロビスポルス(Bacillus globisporus)C11(FERM BP−7144)由来のα−イソマルトシル転移酵素、及び特願2000−350142号明細書に開示された遺伝子組換え型α−イソマルトシル転移酵素活性を有するポリペプチド等を例示することができる。
更に、本発明で用いるイソマルトース遊離酵素は、α−イソマルトシルグルコ糖質や環状四糖から、イソマルトースを遊離する作用を有する酵素を意味し、例えば、『ジャーナル・オブ・バイオケミストリー(Journal of Biochemistry)、第75巻、105乃至112頁(1974年)に報告されているアルスロバクター グロビフォルミス(Arthrobacter globiformis)T6(NRRL B−4425)、東京大学応用微生物研究所から分譲提供される、アルスロバクター グロビフォルミス(Arthrobacter globiformis)(IAM 12103)、及び『カーボハイドレート・リサーチ(Carbohydrate Research)』、第89巻、289乃至299頁(1981年)に報告されている、アクチノマジュラ(Actinomadura)R10(NRRL B−11411)等の微生物由来のイソマルトデキストラナーゼ(EC3.2.1.94)を例示することができる。
本発明で用いる非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質とは、例えば、とうもろこし澱粉、米澱粉、小麦澱粉などの地上澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、タピオカ澱粉などの地下澱粉及びそれら部分加水分解物(澱粉部分分解物)を意味する。前記澱粉部分分解物は、通常、上記した地上乃至地下澱粉を水に懸濁して、通常、濃度10%以上、より好ましくは、15%乃至65%、更に好ましくは、20%乃至50%の澱粉乳とし、これを加熱して液化するか、又は、上記した地上乃至地下澱粉を酸剤或いは酵素剤により液化して得ることができる。液化の程度は、比較的低く設定するのがよく、通常、DE15未満、好ましくは、DE10未満、より好ましくは、DE9乃至0.1の範囲とするのが望ましい。酸剤で液化する場合には、例えば、塩酸、燐酸、蓚酸などの酸剤により液化した後、通常、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ剤を用いて所望のpHに中和する方法を採用する。酵素剤で液化する場合には、α−アミラーゼ、殊に、耐熱性の液化型α−アミラーゼが本発明に於いては好適に用いることができる。
これら非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下で、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて、非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度3以上のα−イソマルトシルグルコ糖質、及び/又は、サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}を生成させ、この生成物にイソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することにより、イソマルトースを高収率で得ることができる。又、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させるに際し、α−イソマルトシル転移酵素、シクロマルトデキストリングルカノトランスフェラーゼ(以下、『CGTase』と略記する。)、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ及び澱粉枝切酵素(イソアミラーゼ、プルラナーゼ等)から選ばれる1種又は2種以上の酵素を作用させるか、又は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させた後に、α−イソマルトシル転移酵素、CGTase、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ及びイソアミラーゼから選ばれる1種又は2種以上の酵素を作用させることにより、イソマルトースをより高収率で製造することができる。殊に、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の存在下でα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて得られる環状四糖にイソマルトース遊離酵素を作用させる場合、環状四糖からのイソマルトース生成率を最大100%にまで高めることが可能となる。本発明に於いて複数の酵素を用いる場合の順序は、イソマルトースの生成収率、反応時間、反応条件等を勘案しながら設定すればよく、複数の酵素を同時に作用させることも、又、これら酵素の必要量を数回に分けて、異なるタイミングで作用させることも可能である。本発明で用いる酵素を作用させるときのpHは、前記酵素がそれらの酵素活性を発揮し得るpHであればよく、通常、pH4乃至10、好ましくは、pH5乃至8の範囲から選択される。又、酵素を作用させるときの温度は、通常、10乃至80℃、好ましくは、30乃至70℃の範囲から選択される。酵素量は、各酵素の反応条件、反応時間を考慮して適宜増減すればよく、通常、基質固形物グラム当たり、α−イソマルトシル転移酵素及びα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、それぞれ0.01乃至100単位の範囲から、イソマルトース遊離酵素及び澱粉枝切酵素は、それぞれ1乃至10,000単位の範囲から、及びCGTase、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ及びイソアミラーゼは、0.05乃至7,000単位の範囲から適宜選択して用いられる。又、用いる酵素反応時間は、酵素量に依存するものの、イソマルトースの生成収率を勘案しながら適宜選択すればよく、通常、1乃至200時間、好ましくは、5乃至150時間、10乃至100時間で全酵素反応を完結するよう設定する。尚、個々の酵素反応時のpH及び温度は、本発明に於ける酵素反応が完了する迄の工程で適宜変更することも可能である。
斯くして得られる酵素反応液中のイソマルトース含有量は、固形物当たり、通常、30%以上、好ましくは、40%以上、より好ましくは、50%以上、最大99%以上にも達する。とりわけ、これら非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素、α−イソマルトシル転移酵素及びイソマルトース遊離酵素を同時又はこの順序で添加するときには、固形物当たりのイソマルトース含有率が50%以上の酵素反応液を容易に得ることができる。前記酵素反応液は、通常、濾過、遠心分離などの常法により酵素反応液中の不溶物を除去し、次いで、活性炭により脱色し、H型、OH型イオン交換樹脂等で脱塩し精製し、濃縮してシラップ状製品とするか、更に、これを乾燥して粉末状製品とする。必要ならば、更に、例えば、イオン交換カラムクロマトグラフィー、活性炭カラムクロマトグラフィー、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどのカラムクロマトグラフィーによる分画、アルコール及びアセトンなど有機溶媒を用いる分別、膜分離法等の1種又は2種以上を適宜組み合わせて精製し、イソマルトース高含有物とすることも可能である。とりわけ、イソマルトース高含有物の工業的大量製造方法としては、イオン交換樹脂カラムクロマトグラフィーの採用が好適である。具体的には、例えば、特開昭58−23799号公報及び特開昭58−72598号公報などに開示されている、スルフォン基を結合したスチレン−ジビニルベンゼン架橋共重合体樹脂のNa形、K形等のアルカリ金属形、及びCa2+形、Mg2+形等のアルカリ土類金属形の1種又は2種以上の強酸性カチオン交換樹脂を用いるイオン交換樹脂カラムクロマトグラフィーによるときには、イソマルトース高含有物を工業的に高収率、大量、容易かつ安価に製造することができる。前記強酸性カチオン交換樹脂の市販品としては、ダウケミカル社製の商品名『ダウエックス50WX2』、『ダウエックス50WX4』及び『ダウエックス50WX8』、ローム・アンド・ハース社製の商品名『アンバーライトCG−120』、東京有機化学工業社製の商品名『XT−1022E』、三菱化成工業社製の商品名『ダイヤイオンSK1B』、ダイヤイオンSK102』及び『ダイヤイオンSK104』等を例示することができる。前記イオン交換樹脂カラムクロマトグラフィーに於いては、固定床方式、移動床方式、擬似移動床方式のいずれの方式を採用することも可能である。斯かる方法によれば、イソマルトースの固形物当たりの純度を、通常、60%以上、好ましくは、80%以上、より好ましくは、99%以上の最高純度にまで高めることが可能である。尚、最高純度のイソマルトース以外のイソマルトース、つまり、イソマルトース高含有物は、通常、イソマルトース以外に、グルコース、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、他の澱粉部分加水分解物、α−ソマルトシルグルコ糖質、及びα−グルコシル−(1→6)−α−グルコシル−(1→3)−α−グルコシル−(1→6)−α−グルコース(以下、『開環四糖』と略称することもある。)から選ばれる1種又は2種上の糖質を、固形物当たり、通常、1乃至60%含んでいる。
斯くして得られる本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、良質で上品な甘味を有すると共に、虫歯の原因の一つであるデキストランの生成を阻害する作用を有しており、虫歯を起こしにくい甘味料として好適に利用される。又、本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、保存安定性も優れている。殊に、イソマルトース結晶高含有製品の場合には、プルラン、ヒドロキシエチルスターチ、ポリビニルピロリドンなどの公知の結合剤と併用して、錠剤の糖衣剤としても有利に用いることができる。又、本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、糊化澱粉の老化防止性などの有用な性質をも兼備している。従って、本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、甘味料、呈味改良剤、風味改良剤、品質改良剤、安定剤、賦形剤などとして、食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などの各種組成物に有利に用いることができる。
本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、各種物品の甘味付けのための調味料としても用いることができる。必要に応じて、例えば、粉飴、ブドウ糖、フラクトース、ラクトスクロース、マルトース、蔗糖、異性化糖、蜂蜜、メープルシュガー、イソマルトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、ソルビトール、マルチトール、ラクチトール、ジヒドロカルコン、ステビオシド、α−グリコシルステビオシド、レバウディオシド、グリチルリチン、L−アスパルチル−L−フェニルアラニンメチルエステル、スクラロース、アセスルファムK、サッカリン、グリシン、アラニンなどのような他の甘味料の1種又は2種以上と併用することも、必要ならば、デキストリン、澱粉、乳糖などの増量剤の1種又は2種以上と併用することも随意である。
又、本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物、とりわけ、これらの粉末状製品は、そのままで、又は必要に応じて、適宜の増量剤、賦形剤、結合剤、甘味料などの1種又は2種以上と併用して、顆粒、球状、短棒状、板状、立方体状、錠剤状、フィルム状又はシート状などの各種形状に成型して用いることも随意である。
更に、本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物の甘味は、酸味、塩から味、渋味、旨味、苦味などの他の呈味を有する各種物質とよく調和し、自体、耐酸性、耐熱性も大きいので、各種飲食物の甘味付け、呈味改良に、又品質改良を目的として用いることができる。具体的には、例えば、アミノ酸、ペプチド類、醤油、粉末醤油、味噌、粉末味噌、もろみ、ひしお、ふりかけ、マヨネーズ、ドレッシング、食酢、三杯酢、粉末すし酢、中華の素、天つゆ、麺つゆ、ソース、ケチャップ、焼肉のタレ、カレールウ、シチューの素、スープの素、ダシの素、核酸系調味料、複合調味料、みりん、新みりん、テーブルシュガー、コーヒーシュガーなど各種調味料として有利に利用できる。又、例えば、せんべい、あられ、おこし、餅類、まんじゅう、ういろう、あん類、羊羹、水羊羹、錦玉、ゼリー、カステラ、飴玉などの各種和菓子、パン、ビスケット、クラッカー、クッキー、パイ、プリン、バタークリーム、カスタードクリーム、シュークリーム、ワッフル、スポンジケーキ、ドーナツ、チョコレート、チューインガム、キャラメル、キャンディーなどの洋菓子、アイスクリーム、シャーベットなどの氷菓、果実のシロップ漬、氷蜜などのシロップ類、フラワーペースト、ピーナッツペースト、フルーツペースト、スプレッドなどのペースト類、ジャム、マーマレード、シロップ漬、糖果などの果実、野菜の加工食品類、福神漬、べったら漬、千枚漬、らっきょう漬などの漬物類、たくあん漬の素、白菜漬の素などの漬物の素類、ハム、ソーセージなどの畜肉製品類、魚肉ハム、魚肉ソーセージ、かまぼこ、ちくわ、天ぷらなどの魚肉製品、ウニ、イカの塩辛、酢こんぶ、さきするめ、ふぐみりん干しなどの各種珍味類、のり、山菜、するめ、小魚、貝などで製造されるつくだ煮類、煮豆、ポテトサラダ、こんぶ巻などの惣菜食品、ヨーグルト、チーズなどの乳製品、魚肉、畜肉、果実、野菜のビン詰、缶詰類、清酒、合成酒、リキュール、洋酒などの酒類、コーヒー、紅茶、ココア、ジュース、炭酸飲料、乳酸飲料、乳酸菌飲料などの清涼飲料水、プリンミックス、ホットケーキミックス、即席しるこ、即席スープなどの即席食品、更には、離乳食、治療食、ドリンク剤、ペプチド食品、冷凍食品、健康食品などの各種飲食物に有利に利用できる。
更に、家畜、家禽、その他蜜蜂、蚕、魚などの飼育動物用の飼料、餌料などの嗜好性を向上させる目的で使用することもできる。その他、タバコ、練歯磨、口紅、リップクリーム、内服液、錠剤、トローチ、肝油ドロップ、口中清涼剤、口中香剤、うがい剤などの各種固形物用甘味剤として、又はそれらの呈味改良剤、矯味剤、品質改良剤、安定剤などとして有利に利用できる。
本発明のイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、品質改良剤及び/又は安定剤として、有効成分、活性成分又は生理活性物質を含む健康食品、医薬品などに配合することにより、安定で高品質の液状、ペースト状又は固状の健康食品や医薬品を得ることができる。前記有効成分や生理活性物質としては、例えば、インターフェロン−α、インターフェロン−β、インターフェロン−γ、TNF−α、TNF−β、マクロファージ遊走阻止因子、コロニー刺激因子、トランスファーファクター、インターロイキンなどのリンホカイン、インシュリン、成長ホルモン、プロラクチン、エリトロポエチン、卵細胞刺激ホルモンなどのホルモン、BCGワクチン、日本脳炎ワクチン、はしかワクチン、ポリオ生ワクチン、痘苗、破傷風トキソイド、ハブ抗毒素、ヒト免疫グロブリンなどの生物製剤、ペニシリン、エリスロマイシン、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、スプレプトマイシン、硫酸カナマイシンなどの抗生物質、チアミン、リボフラビン、L−アスコルビン酸、α−グリコシルアスコルビン酸、肝油、カロチノイド、エルゴステロール、トコフェロール、ルチン、α−グリコシルルチン、ナリンジン、α−グリコシルナリンジン、ヘスペリジン、α−グリコシルヘスペリジンなどのビタミン類、リパーゼ、エラスターゼ、ウロキナーゼ、プロテアーゼ、β−アミラーゼ、イソアミラーゼ、グルカナーゼ、ラクターゼなどの酵素、薬用人参エキス、笹エキス、梅エキス、松エキス、スッポンエキス、クロレラエキス、アロエエキス、プロポリスエキスなどのエキス類、ウイルス、乳酸菌、酵母などの生菌、ローヤルゼリーなどを例示することができる。
以上述べた各種組成物に、本発明のイソマルトース又はイソマルトース高含有物を含有させる方法は、これらの組成物が完成するまでの工程で含有させればよく、例えば、混和、溶解、融解、浸漬、浸透、散布、塗布、被覆、噴霧、注入、晶出、固化など公知の方法が適宜選ばれる。その量は、通常、前記組成物重量当たり、0.1%以上、好ましくは、1%以上、より好ましくは、2乃至99.99%配合する。
以下、本発明を実験例により具体的に説明する。
実験例1:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素の調製
澱粉部分分解物(商品名『パインデックス#4』、松谷化学株式会社製)4.0w/v%、酵母抽出物(商品名『アサヒミースト』(アサヒビール株式会社製)1.8w/v%、リン酸二カリウム0.1w/v%、リン酸一ナトリウム・12水塩0.06w/v%、硫酸マグネシウム・7水塩0.05w/v%、および水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで121℃、20分間滅菌し、冷却して、バチルス グロビスポルス C9(FERM BP−7143)を接種し、27℃、230rpmで48時間回転振盪培養したものを種培養とした。
容量30Lのファーメンターに種培養の場合と同組成の培地を約20L入れて、加熱滅菌、冷却して温度27℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度27℃、pH6.0乃至8.0に保ちつつ、48時間通気攪拌培養した。培養後、培養液中のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性は約0.45単位/mlで、α−イソマルトシル転移酵素活性は約1.5単位/mlで、環状四糖生成活性は約0.95単位/mlであり、遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収した上清約18Lの酵素活性を測定したところ、当該上清は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は約0.45単位/mlの活性(総活性約8,110単位)で、α−イソマルトシル転移酵素は約1.5単位/mlの活性(総活性約26,900単位)を有していた。当該上清は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素及びα−イソマルトシル転移酵素含有酵素剤として用いることができる。
尚、前記酵素活性は次のようにして測定した。即ち、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性は、マルトトリオースを濃度2w/v%となるよう100mM酢酸緩衝液(pH6.0)に溶解させて基質液とし、その基質液0.5mlに酵素液0.5ml加えて、35℃で60分間酵素反応し、その反応液を10分間煮沸して反応を停止させた後、その反応液中に主に生成するイソマルトシルマルトースとマルトースのうち、このマルトース量を、高速液体クロマトグラフィー(以下、『HPLC法』と略記する。)で定量して行った。HPLC法は、『YMC Pack ODS−AQ303』カラム(株式会社ワイ・エム・シー製)を用いカラム温度40℃、流速0.5ml/min水の条件で行い、検出は示差屈折計『RI−8012』(東ソー株式会社製)を用いて行なった。α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の活性1単位は、上記の条件下で1分間に1μモルのマルトースを生成する酵素量と定義した。
又、α−イソマルトシル転移酵素活性は、パノースを濃度2w/v%となるよう100mM酢酸緩衝液(pH6.0)に溶解させ基質液とし、その基質液0.5mlに酵素液0.5ml加えて、35℃で30分間酵素反応し、その反応液を10分間煮沸して反応を停止させた後、その反応液中に主に生成する環状四糖とグルコースのうち、このグルコース量をグルコースオキシダーゼ法で定量して行った。α−イソマルトシル転移酵素の活性1単位は、上記の条件下で1分間に1μモルのグルコースを生成する酵素量と定義した。
更に、環状四糖生成活性は、澱粉部分分解物(商品名『パインデックス#100』、松谷化学株式会社製)を濃度2w/v%となるよう50mM酢酸緩衝液(pH6.0)に溶解させ基質液とし、その基質液0.5mlに酵素液0.5ml加えて、35℃で60分間酵素反応し、その反応液を100℃で10分間熱処理して反応を停止させた後、更に、α−グルコシダーゼ(商品名『トランスグルコシダーゼL「アマノ」』、天野製薬製)70単位/mlとグルコアミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社販売)27単位/mlとを含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)1mlを加えて、50℃で60分間処理し、その液を100℃で10分間熱処理して酵素を失活させた後、環状四糖量を上記HPLC法で定量した。環状四糖生成活性1単位は、上記条件下で1分間に1μモルの環状四糖を生成する酵素量と定義した。
実験例2:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素の単離
<実験例2−1:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の単離>
実験例1で得た培養上清約18Lを80%飽和硫安液で塩析して4℃、24時間放置した後、その塩析沈殿物を遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収し10mMリン酸緩衝液(pH7.5)に溶解後、同緩衝液に対して透析して粗酵素液約400mlを得た。この粗酵素液は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性を8,110単位と、α−イソマルトシル転移酵素活性を24,700単位と、環状四糖生成活性を約15,600単位有していた。この粗酵素液を三菱化学株式会社製『セパビーズ(Sepabeads)FP−DA13』ゲルを用いたイオン交換クロマトグラフィー(ゲル容量1,000ml)に供した。この際、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素、α−イソマルトシル転移酵素および環状四糖のいずれも、『セパビーズ(Sepabeads)FP−DA13』ゲルに吸着せずに、非吸着画分に溶出した。この酵素液を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不純物を除き、アマシャム・ファルマシア・バイオテク株式会社製『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いたアフィニティークロマトグラフィー(ゲル量500ml)に供した。酵素活性成分は、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエント、更に続いて、マルトテトラオース0mMから100mMのリニアグラジエントで溶出させたところ、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素とは分離して溶出し、α−イソマルトシル転移酵素活性は硫安のリニアグラジエントでその濃度が約0M付近に溶出し、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性は、マルトテトラオースのリニアグラジエントでその濃度が約30mM付近に溶出した。そこで、α−イソマルトシル転移酵素活性画分とα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性画分とを別々に集め回収した。
更に、前記α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性画分を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、東ソー株式会社製『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルを用いた疎水クロマトグラフィー(ゲル量350ml)に供した。本酵素活性成分は、『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエントで溶出させたところ、硫安濃度約0.3M付近で吸着した酵素活性成分が溶出し、本酵素活性を示す画分を集め回収した。再度、この回収液を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いたアフィニティークロマトグラフィーを用いて精製した。この精製の各ステップにおけるα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性量、比活性、収率を表1に示す。
Figure 2002088374
精製したα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を7.5w/v%濃度ポリアクリルアミドを含むゲル電気泳動により本酵素の純度を検定したところ、蛋白バンドは単一で純度の高い酵素標品であった。
<実験例2−2:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の性質>
実験例2−1で得た精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約140,000±20,000ダルトンであった。
精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を2w/v%アンフォライン(アマシャム・ファルマシア・バイオテク社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンドおよびゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約5.2±0.5であった。
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定の方法に準じて調べた。尚、温度の影響については、Ca2+非存在下と1mM存在下で測定した。これらの結果を第1図(温度の影響)、第2図(pHの影響)を示した。酵素の至適温度は、pH6.0、60分間反応で約40℃(Ca2+非存在)、約45℃(Ca2+1mM存在)、至適pHは、35℃、60分間反応で約6.0乃至6.5であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(20mM酢酸緩衝液、pH6.0)をCa2+非存在下又は1mM存在下で各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。又、pH安定性は、本酵素を各pH50mM緩衝液中で4℃、24時間保持した後、pHを6.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を第3図(温度安定性)、第4図(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は約35℃まで(Ca2+非存在)、約40℃まで(Ca2+1mM存在)で、pH安定性は約4.5乃至9.0であった。
本酵素活性に及ぼす金属イオンの影響を濃度1mMの各種金属塩存在下で活性測定の方法に準じて調べた。結果を表2に示す。
Figure 2002088374
表2の結果から明らかなように、本酵素活性は、Hg2+、Cu2+、EDTAで著しく阻害され、Ba2+、Sr2+で阻害された。Ca2+、Mn2+で活性化されることも判明した。
<実験例2−3:α−イソマルトシル転移酵素の単離>
実験例2−1で得たα−イソマルトシル転移酵素画分を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に対して透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、東ソー株式会社製『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルを用いた疎水クロマトグラフィー(ゲル量350ml)に供した。本酵素は、『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエントで溶出させたとき、硫安濃度約0.3M付近でゲルから溶出し、本酵素活性画分を集めた。再度、この回収画分を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に対して透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いるアフィニティークロマトグラフィーにより精製した。各精製ステップに於けるα−イソマルトシル転移酵素活性量、比活性、収率を表3に示す。
Figure 2002088374
<実験例2−4:α−イソマルトシル転移酵素の性質>
実験例2−3で得た精製α−イソマルトシル転移酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約112,000±20,000ダルトンであった。
精製α−イソマルトシル転移酵素を2w/v%アンフォライン(アマシャム・ファルマシア・バイオテク社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンドおよびゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約5.5±0.5であった。
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定の方法に準じて調べた。結果を第5図(温度の影響)、第6図(pHの影響)を示した。酵素の至適温度は、pH6.0、30分間反応で約45℃、至適pHは、35℃、30分間反応で約6.0であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(20mM酢酸緩衝液、pH6.0)を各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。又、pH安定性は、本酵素を各pH50mM緩衝液中で4℃、24時間保持した後、pHを6.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を第7図(温度安定性)、第8図(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は約40℃までで、pH安定性は約4.0乃至9.0であった。
本酵素活性に及ぼす金属イオンの影響を濃度1mMの各種金属塩存在下で活性測定の方法に準じて調べた。結果を表4に示す。
Figure 2002088374
表4の結果から明らかなように、本酵素活性は、Hg2+で著しく阻害され、Cu2+で阻害された。又、Ca2+で活性化されないことも、EDTAで阻害されないこともわかった。
前記したバチルス グロビスポルス C9(FERM BP−7143)由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素及びα−イソマルトシル転移酵素のいずれも本発明に於いては好適に用いることができる。
実験例3:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素及びα−イソマルトシル転移酵素の調製
澱粉部分分解物『パインデックス#4』4.0w/v%、酵母抽出物『アサヒミースト』1.8w/v%、リン酸二カリウム0.1w/v%、リン酸一ナトリウム・12水塩0.06w/v%、硫酸マグネシウム・7水塩0.05w/v%、および水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで121℃、20分間滅菌し、冷却して、バチルス グロビスポルス C11(FERM BP−7144)を接種し、27℃、230rpmで48時間回転振盪培養したものを種培養とした。
容量30Lのファーメンターに種培養の場合と同組成の培地を約20L入れて、加熱滅菌、冷却して温度27℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度27℃、pH6.0乃至8.0に保ちつつ、48時間通気攪拌培養した。培養後、培養液中の本酵素活性は約0.55単位/mlで、α−イソマルトシル転移酵素活性は約1.8単位/mlで、環状四糖生成活性は約1.1単位/mlであり、遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収した上清約18lの酵素活性を測定したところ、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は約0.51単位/mlの活性(総活性約9、180単位)で、α−イソマルトシル転移酵素は約1.7単位/mlの活性(総活性約30,400単位)であった。
更に、前記培養上清約18Lを80%飽和硫安液で塩析して4℃、24時間放置した後、その塩析沈殿物を遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収し10mMリン酸緩衝液(pH7.5)に溶解後、同緩衝液に対して透析して粗酵素液約416mlを得た。この粗酵素液は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性を8,440単位、α−イソマルトシル転移酵素活性を約28,000単位、環状四糖生成活性を約17,700単位を有することが判明した。この粗酵素液を、実験例2−1に記載の『セパビーズ(Sepabeads)FP−DA13』ゲルを用いたイオン交換クロマトグラフィーに供した。α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性、α−イソマルトシル転移酵素活性、環状四糖生成活性のいずれも、『セパビーズ(Sepabeads)FP−DA13』ゲルに吸着せずに、非吸着画分に溶出した。この非吸着画分を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透折し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、アマシャム・ファルマシア・バイオテク株式会社製『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いたアフィニティークロマトグラフィー(ゲル量500ml)に供した。酵素活性は、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエント、更に続いて、マルトテトラオース0mMから100mMのリニアグラジエントで溶出させたところ、α−イソマルトシル転移酵素活性成分とα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は分離して溶出し、α−イソマルトシル転移酵素活性成分は、硫安のリニアグラジエントでその濃度が約0.3M付近で溶出し、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性は、マルトテトラオースのリニアグラジエントでその濃度が約30mM付近で溶出した。そこで、α−イソマルトシル転移酵素活性画分とα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素画分とを別々に集め回収した。
実験例4:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素の単離
<実験例4−1:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の単離>
実験例3で得たα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素画分を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、東ソー株式会社製『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルを用いた疎水クロマトグラフィー(ゲル量350ml)に供した。本酵素は、『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエントで溶出させたところ、硫安濃度約0.3M付近で吸着した酵素が溶出し、本酵素活性を示す画分を集め回収した。再度、この回収液を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いたアフィニティークロマトグラフィーを用いて精製した。この精製の各ステップにおけるα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素活性量、比活性、収率を表5に示す。
Figure 2002088374
精製したα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を7.5w/v%濃度ポリアクリルアミドを含むゲル電気泳動により本酵素の純度を検定したところ、蛋白バンドは単一で純度の高い酵素標品であった。
<実験例4−2:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の性質>
実験例4−1で得た精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約137,000±20,000ダルトンであった。
精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を2w/v%アンフォライン(アマシャム・ファルマシア・バイオテク社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンドおよびゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約5.2±0.5であった。
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定の方法に準じて調べた。尚、温度の影響については、Ca2+非存在下と1mM存在下で測定した。これらの結果を第9図(温度の影響)、第10図(pHの影響)を示した。酵素の至適温度は、pH6.0、60分間反応で約45℃(Ca2+非存在)、約50℃(Ca2+1mM存在)、至適pHは、35℃、60分間反応で約6.0であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(20mM酢酸緩衝液、pH6.0)をCa 非存在下又は1mM存在下で各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。又、pH安定性は、本酵素を各pH50mM緩衝液中で4℃、24時間保持した後、pHを6.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を第11図(温度安定性)、第12図(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は約40℃まで(Ca2+非存在)、約45℃まで(Ca2+1mM存在)で、pH安定性は約5.0乃至10.0であった。
本酵素活性に及ぼす金属イオンの影響を濃度1mMの各種金属塩存在下で活性測定の方法に準じて調べた。結果を表6に示す。
Figure 2002088374
表6の結果から明らかなように、本酵素活性は、Hg2+、Cu2+、EDTAで著しく阻害され、Ba2+、Sr2+で阻害された。Ca2+、Mn2+で活性化されることも判明した。
<実験例4−3:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のアミノ酸配列>
本発明はα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素自体に関する発明ではないこと、又、その詳細なアミノ酸配列の分析方法については、特願2001−5441号明細書に詳細に開示されていることから割愛するが、実験例4−1で得たα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、特願2001−5441号明細書に開示されているポリペプチドと同様、配列表に於ける配列番号1に併記したアミノ酸配列に於ける第36乃至1284番目のアミノ酸配列を有する。
<実験例4−4:α−イソマルトシル転移酵素の単離>
実験例3で得たα−イソマルトシル転移酵素画分を、1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、東ソー株式会社製『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルを用いた疎水クロマトグラフィー(ゲル量350ml)に供した。本酵素は、『ブチル−トヨパール(Butyl−Toyopearl)650M』ゲルに吸着し、硫安1Mから0Mのリニアグラジエントで溶出させたところ、硫安濃度約0.3M付近で吸着した酵素が溶出し、本酵素活性を示す画分を集め回収した。再度、この回収液を1M硫安を含む10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に透析し、その透析液を遠心分離して不溶物を除き、『セファクリル(Sephacryl)HR S−200』ゲルを用いたアフィニティークロマトグラフィーを用いて精製した。この精製の各ステップにおけるα−イソマルトシル転移酵素活性量、比活性、収率を表7に示す。
Figure 2002088374
<実験例4−5:α−イソマルトシル転移酵素の性質>
実験例4−4で得た精製α−イソマルトシル転移酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(ゲル濃度7.5w/v%)に供し、同時に泳動した分子量マーカー(日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製)と比較して本酵素の分子量を測定したところ、分子量約102,000±20,000ダルトンであった。
精製α−イソマルトシル転移酵素を2w/v%アンフォライン(アマシャム・ファルマシア・バイオテク社製)含有等電点ポリアクリルアミドゲル電気泳動法に供し、泳動後、蛋白バンドおよびゲルのpHを測定して本酵素の等電点を求めたところ、等電点はpI約5.6±0.5であった。
本酵素活性に及ぼす温度、pHの影響を活性測定の方法に準じて調べた。結果を第13図(温度の影響)、第14図(pHの影響)を示した。酵素の至適温度は、pH6.0、30分間反応で約50℃、至適pHは、35℃、30分間反応で約5.5乃至6.0であった。本酵素の温度安定性は、酵素溶液(20mM酢酸緩衝液、pH6.0)を各温度に60分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。又、pH安定性は、本酵素を各pH50mM緩衝液中で4℃、24時間保持した後、pHを6.0に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。それぞれの結果を第15図(温度安定性)、第16図(pH安定性)に示した。本酵素の温度安定性は約40℃までで、pH安定性は約4.5乃至9.0であった。
本酵素活性に及ぼす金属イオンの影響を濃度1mMの各種金属塩存在下で活性測定の方法に準じて調べた。結果を表8に示す。
Figure 2002088374
表8の結果から明らかなように、本酵素活性は、Hg2+で著しく阻害され、Cu2+で阻害された。又、Ca2+で活性化されないことも、EDTAで阻害されないこともわかった。
<実験例4−6:α−イソマルトシル転移酵素のアミノ酸配列>
本発明はα−イソマルトシル転移酵素自体に関する発明ではないこと、又、その詳細なアミノ酸配列の分析方法については、特願2000−350142号明細書に詳細に開示されていることから割愛するが、実験例4−4で得たα−イソマルトシル転移酵素は、特願2000−350142号明細書に開示されているとおり、配列表に於ける配列番号2に併記したアミノ酸配列に於ける第30乃至1093番目のアミノ酸配列を有する。
実験例5:α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の各種糖質への作用
各種糖質(基質)に対するα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の作用について試験した。即ち、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース、マルトヘプタオース、イソマルトース、イソマルトトリオース、パノース、イソパノース、α,α−トレハロース、コージビオース、ニゲロース、ネオトレハロース、セロビオース、ゲンチビオース、マルチトール、マルトトリイトール、ラクトース、スクロース、エルロース、セラギノース、マルトシルグルコシド、イソマルトシルグルコシドを含む溶液を調製し、これらの溶液に、実験例2−1で得たバチルス グロビスポルス C9由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素、又は実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素標品を基質固形物グラム当たりそれぞれ2単位ずつ加え、基質濃度を2%(w/v)に調製し、30℃、pH6.0で24時間反応させた。酵素反応前後の反応液を、シリカゲル薄層クロマトグラフィー(以下、『TLC法』と略記する。)分析に供した。TLC法は、展開溶媒としてn−ブタノール、ピリジン、水混液(容量比6:4:1)、薄層プレートとしてメルク社製『キーゼルゲル60』(アルミプレート、20×20cm)を用い2回展開して糖質を分離し、次いで、アルミプレート上に硫酸−メタノールを噴霧して発色させて全糖質を検出し、更に、還元糖質は、ジフェニルアミン−アニリン法で発色させて検出する方法により行った。TLC法の結果を表9に示す。
Figure 2002088374
表9の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、試験した多種の糖質のうち、グルコース重合度3以上で、非還元末端にマルトース構造を有する糖質によく作用することが判明した。又、グルコース重合度が2の糖質では、マルトース、コージビオース、ニゲロース、ネオトレハロース、マルトトリイトール、エルロースにも僅かに作用することが判明した。
実験例6:マルトオリゴ糖からの生成物
濃度1%のマルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース又はマルトペンタオース水溶液に、実験例4−1で得た精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を、固形物グラム当たり、マルトースおよびマルトトリオースに対しては2単位、マルトテトラオースに対しては0.2単位、マルトペンタオースに対しては0.1単位加え、35℃、pH6.0で8時間作用させた後、100℃で10分間保持して酵素を失活させて反応を停止した。得られた酵素反応液の糖組成をHPLC法により測定した。HPLC法としては、『YMC Pack ODS−AQ303』カラム(株式会社ワイ・エム・シー社製)を用いカラム温度40℃、流速0.5ml/min水の条件下で行い、検出は示差屈折計(商品名『RI−8012』、東ソー株式会社製)を用いて行なった。その結果を表10に示す。
Figure 2002088374
表10の結果から明らかなように、本酵素の作用の結果、基質マルトースからは、主にグルコースとα−イソマルトシルグルコース(別名、6−O−α−グルコシルマルトース、パノース)とが生成し、マルトトリオース、イソマルトース、α−イソマルトシルマルトース(別名、6−O−α−グルコシルマルトトリオース)を少量生成することが判明した。又、基質マルトトリオースからは、主にマルトースとα−イソマルトシルマルトースとが生成し、少量ながらグルコース、マルトテトラオース、α−イソマルトシルグルコース(別名、6−O−α−グルコシルマルトース、パノース)、生成物Xが生成することが判明した。基質マルトテトラオースからは、主にマルトトリオースと生成物Xが生成し、少量ながらマルトース、マルトペンタオース、α−イソマルトシルマルトース(別名、6−O−α−グルコシルマルトトリオース)、生成物Yが生成することが判明した。基質マルトペンタオースからは、主にマルトテトラオースと生成物Yが生成し、少量ながらマルトトリオース、マルトヘキサオース、生成物X及び生成物Zが生成することが判明した。
基質マルトテトラオースからの主生成物である生成物X並びに基質マルトペンタオースからの主生成物である生成物Yの単離・精製を行った。分取用HPLCカラム『YMC−Pack ODS−A R355−15S−15 12A』(株式会社ワイエムシイ製)を用いて精製し、上記のマルトテトラオースからの反応物、マルトペンタオースからの反応物それぞれから、純度99.9%以上の生成物Xを固形物収率約8.3%で、純度99.9%以上の生成物Yを固形物収率約11.5%で単離した。
実験例7:生成物の構造解析
実験例6の方法で得た生成物Xおよび生成物Yを用いて、常法に従ってメチル化分析とNMR分析を行なった。メチル化分析の結果は表11にまとめた。NMR分析の結果については、H−NMRスペクトルを第17図(生成物X)、第18図(生成物Y)に、13C−NMRスペクトルおよび帰属を第19図(生成物X)、第20図(生成物Y)、表12にまとめた。
Figure 2002088374
Figure 2002088374
これらの結果から、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素によるマルトテトラオースからの生成物Xは、マルトテトラオースの非還元末端グルコースの6位水酸基にグルコース基がα結合した5糖で、構造式1で表わされるα−イソマルトシルグルコトリオース(別名、6−O−α−グルコシルマルトテトラオース)であることが判明した。
構造式1:
αD−Glcp(1→6)αD−Glcp(1→4)αD−Glcp(1→4)αD−Glcp(1→4)D−Glcp
又、マルトペンタオースからの生成物Yは、マルトペンタオースの非還元末端グルコースの6位水酸基にグルコシル基がα結合した6糖で、構造式2で表わされるα−イソマルトシルグルコテトラオース(別名、6−O−α−グルコシルマルトペンタオース)であることが判明した。
構造式2:
αD−Glcp(1→6)αD−Glcp(1→4)αD−Glcp(1→4)αD−Glcp(1→4)αD−Glcp(1→4)D−Glcp
以上のことから、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のマルトオリゴ糖に対する作用は以下のように判断された。
(1)本酵素は、基質として、α−1,4結合からなるグルコース重合度2以上の糖質(マルトオリゴ糖)に作用し、その非還元性末端のグルコシル残基を他の分子の非還元性末端のグルコシル残基の6位に転移する作用を有する分子間6−グルコシル転移を触媒して、非還元末端に6−O−α−グルコシル基を有するグルコース重合度が1増加したα−イソマルトシルグルコ糖質(別名、6−O−α−グルコシルマルトオリゴ糖)と、グルコース重合度が1減じたマルトオリゴ糖とを生成する。
(2)本酵素は、4−グルコシル転移も僅かに触媒し、マルトオリゴ糖から、グルコース重合度が1増加したマルトオリゴ糖と、グルコース重合度が1減じたマルトオリゴ糖とを僅かに生成する。
実験例8:転移受容体特異性
各種糖質を用いて、本酵素の糖転移受容体になり得るかどうかの試験をした。即ち、D−グルコース、D−キシロース、L−キシロース、D−ガラクトース、D−フラクトース、D−マンノース、D−アラビノース、D−フコース、L−ソルボース、L−ラムノース、メチル−α−グルコシド、メチル−β−グルコシド、N−アセチル−グルコサミン、ソルビトール、α,α−トレハロース、イソマルトース、イソマルトトリオース、セロビオース、ゲンチビオース、マルチトール、ラクトース、スクロース、α−サイクロデキストリン、β−サイクロデキストリン又はγ−サイクロデキストリンを用いて濃度1.6%の溶液(糖転移受容体溶液)を調製し、これに、糖供与体として澱粉部分分解物『パインデックス#100』(濃度4%)を加え、実験例2−1の方法で得たバチルス グロビスポルス C9由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素又は実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を、糖供与体固形物グラム当たり、それぞれ1単位ずつ加え、これを30℃、pH6.0で24時間反応させた。酵素反応後の反応液を、糖受容体が単糖又は二糖類の場合はガスクロマトグラフィー法(以下、『GLC法』と略記する。)で、糖受容体が三糖類以上の場合はHPLC法で分析し、それぞれの糖受容体が、本酵素による糖転移受容体になるか否かを確認した。尚、GLC法に於いて、GLC装置は『GC−16A』(株式会社島津製作所製)、カラムはジー・エル・サイエンス株式会社製『2%シリコンOV−17/クロモゾルブW』を充填したステンレス製カラム(3mmφ×2m)、キャリアーガスは窒素ガスを流量40ml/分で160℃から320℃まで7.5℃/分の速度で昇温し、検出は水素炎イオン検出器で分析した。HPLCでは、HPLCの装置は東ソー株式会社製『CCPD』、カラムは『ODS−AQ−303』(株式会社ワイエムシィー社製)、溶離液は水を流速0.5ml/分で、検出は示唆屈折形で分析した。結果を表13に示す。
Figure 2002088374
表13の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、その糖転移受容体として種々の糖質が利用でき、特に、D−キシロース、L−キシロース、メチル−α−グルコシド、メチル−β−グルコシド、α,α−トレハロース、イソマルトース、イソマルトトリオース、セロビオース、ゲンチビオース、マルチトール、ラクトース及びスクロースによく転移し、次いで、D−グルコース、D−フラクトース、D−フコース、L−ソルボース及びN−アセチルグルコサミンにも転移し、更には、D−アラビノースにも転移する作用を有する酵素である。
実験例9:培養物からの環状四糖の調製
澱粉部分分解物(商品名『パインデックス#1』、松谷化学株式会社製)5w/v%、酵母抽出物(商品名『アサヒミースト』、アサヒビール株式会社製)1.5w/v%、リン酸二カリウム0.1w/v%、リン酸一ナトリウム・12水塩0.06w/v%、硫酸マグネシウム・7水塩0.05w/v%、および水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlを入れ、オートクレーブで121℃、20分間滅菌し、冷却して、バチルス グロビスポルス C9(FERM BP−7143)を接種し、27℃、230rpmで48時間回転振盪培養した後、遠心分離して菌体を除き培養上清を得た。さらに、その培養上清をオートクレーブ(120℃、15分間)し、放冷した後、不溶物を遠心分離して除き上清を回収した。この上清約90mlをpH5.0、温度45℃に調整した後、α−グルコシダーゼ(商品名『トランスグルコシダーゼL「アマノ」』、天野製薬株式会社製)を固形物グラム当り1,500単位とグルコアミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社販売)を固形物グラム当り75単位添加して24時間処理し、続いて、水酸化ナトリウムでpHを12に調整し2時間煮沸して、残存する還元糖を分解した。不溶物を濾過して除去した後、三菱化学製イオン交換樹脂『ダイヤアイオンPK218』と『ダイヤイオンWA30』を用いて脱色、脱塩し、さらに、三菱化学製カチオン交換樹脂『ダイヤイオンSK−1B』とオルガノ製アニオン交換樹脂『IRA411』で再度脱塩し、活性炭で脱色し、精密濾過した後、エバポレータで濃縮し凍結真空乾燥して固形物として約0.6gの糖質粉末を得た。本糖質粉末は、環状四糖を99.9%以上含有していた。
実験例10:環状四糖の生成
各種糖質を用いて、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素およびα−イソマルトシル転移酵素の作用による環状四糖生成試験を行った。糖質として、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、アミロース、可溶性澱粉、澱粉部分分解物(商品名『パインデックス#100』、松谷化学株式会社製)又はグリコーゲン(カキ由来、和光純薬株式会社販売)を用い、それらの水溶液を別々に調製した。
これらの水溶液(濃度0.5%)に、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり1単位と、実験例4−4の方法で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシル転移酵素を固形物グラム当り10単位とを加え、これらを30℃、pH6.0で作用させた。作用条件は、以下の4つの系で行った。
(1)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を各種糖質に24時間作用させた後、酵素を熱失活し、続いて、α−イソマルトシル転移酵素を24時間作用させた後、酵素を熱失活させた。
(2)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素とを24時間作用させた後、酵素を熱失活させた。
(3)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のみを24時間作用させた後、酵素を熱失活させた。
(4)α−イソマルトシル転移酵素のみを24時間作用させた後、酵素を熱失活させた。
これら熱失活させた反応液中の環状四糖の生成量を調べるために、実験例1と同様のα−グルコシダーゼとグルコアミラーゼとを用いて処理し、残存する還元性オリゴ糖を加水分解し、HPLC法で環状四糖を定量した。それらの結果を表14に示す。
Figure 2002088374
表14の結果から明らかなように、試験したいずれの糖質も、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のみの作用およびα−イソマルトシル転移酵素のみの作用では、環状四糖は全く生成しなかったのに対して、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素を併用することにより環状四糖が生成した。その生成量は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させた後にα−イソマルトシル転移酵素を作用させた場合には、約11%以下と比較的に低いのに対して、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素とを併用すると、いずれの糖質でも環状四糖の生成量は向上し、特に、グリコーゲンでは約87%に増加し、澱粉部分分解物では約64%に増加することが判明した。
このα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素との併用における環状四糖の生成メカニズムは、両酵素の反応特性から以下のように推察される。
(1)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、グリコーゲンや部分分解物などのα−1,4グルカン鎖の非還元末端グルコース基に作用しそのグルコース基を他のα−1,4グルカン鎖の非還元末端グルコース基の6位水酸基に分子間転移させ、非還元末端にα−イソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖が生成する。
(2)α−イソマルトシル転移酵素は、非還元末端にイソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖に作用し、そのイソマルトシル基を、他の非還元末端にイソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖の非還元末端グルコース基の3位水酸基に分子間転移させ、非還元末端にイソマルトシル−1,3−イソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖が生成する。
(3)続いて、α−イソマルトシル転移酵素は、その非還元末端にイソマルトシル−1,3−イソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖に作用し、分子内転移作用によってイソマルトシル−1,3−イソマルトシル基をα−1,4グルカン鎖から切り離し、環状化して環状四糖が生成する。
(4)切り離されたα−1,4グルカン鎖は、再度、(1)乃至(3)の反応を経由することによって、新たに環状四糖が生成する。α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素との併用で、上記のように両酵素が繰り返し作用して環状四糖の生成量が増加すると推定される。
実験例11:澱粉液化度の影響
とうもろこし澱粉を濃度15%澱粉乳とし、これに炭酸カルシウムを0.1%加えてpH6.0に調整し、α−アミラーゼ(商品名『ターマミール60L』、ノボ社製)を澱粉グラム当り0.2乃至2.0%を加え、95℃で10分間反応させ、次いで、120℃で20分間オートクレーブし、約35℃に急冷して、DE3.2乃至20.5の液化溶液を得、これに、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり2単位と、実験例4−4の方法で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシル転移酵素を固形物グラム当り20単位とを加え、35℃で24時間反応させた。100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。続いて、実験例1と同様にα−グルコシダーゼとグルコアミラーゼとを用いて処理し、残存する還元性オリゴ糖を加水分解し、HPLC法で環状四糖を定量した。それらの結果を表15に示す。
Figure 2002088374
表15の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素とによる環状四糖の生成は、澱粉の液化の程度で影響を受け、液化の程度が低いほど、即ち、DEが低値であるほど、澱粉からの環状四糖の生成率は高く、逆に、液化の程度が高いほど、即ち、DEが高値であるほど、澱粉からの環状四糖の生成率が低いことが判明した。具体的には、澱粉の部分分解の程度は約20以下、望ましくは、DE約12以下、更に望ましくは、DE5約以下が適していることが判明した。
実験例12:澱粉部分分解物濃度の影響
澱粉部分分解物『パインデックス#100』(DE約2乃至約5)の最終濃度0.5乃至40%の水溶液を調製し、それぞれに、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり1単位と、実験例4−4で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシル転移酵素を固形物グラム当り10単位加え、両酵素を併用して30℃、pH6.0で48時間作用させた後、100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。続いて、実験例1と同様にα−グルコシダーゼとグルコアミラーゼを用いて、残存する還元性オリゴ糖を加水分解し、HPLC法で環状四糖を定量した。それらの結果を表16に示す。
Figure 2002088374
表16の結果から明らかなように、澱粉部分分解物の濃度が0.5%の低濃度では、環状四糖の生成量は約64%であるのに対し、濃度40%の高濃度では、環状四糖の生成量は約40%と、基質である澱粉部分分解物の濃度に依存して環状四糖の生成量が変化することが判明した。この結果から、環状四糖の生成量は、澱粉部分分解物の濃度により変化することが判明した。
実験例13:シクロデキストリングルカノトランスフェラーゼ添加効果
澱粉部分分解物『パインデックス#100』水溶液(濃度15%)を調製し、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり1単位と、実験例4−4で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシル転移酵素を固形物グラム当り10単位と、バチルス・ステアロサーモフィルス由来のCGTaseを固形物グラム当り0乃至0.5単位加え、両酵素を併用して30℃、pH6.0で48時間作用させた後、100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。次いで、酵素反応液をα−グルコシダーゼ(商品名『トランスグルコシダーゼL「アマノ」』、天野製薬株式会社製)とグルコアミラーゼ(ナガセ生化学工業株式会社販売)を用いて、残存する還元性オリゴ糖を加水分解し、HPLC法で環状四糖を定量した。それらの結果を表17に示す。
Figure 2002088374
表17の結果から明らかなように、CGTaseを添加することによって、環状四糖の生成量が増加することが判明した。
実験例15:イソマルトース遊離酵素の調製
デキストラン3.0w/v%、ペプトン0.7w/v%、リン酸二カリウム0.2w/v%、硫酸マグネシウム・7水塩0.05w/v%及び水からなる液体培地を、500ml容三角フラスコに100mlずつ入れ、オートクレーブで121℃、20分間滅菌し、冷却して、アルスロバクター グロビホルミス(IAM 12103)を接種し、27℃、230rpmで48時間回転振盪培養したものを種培養とした。容量30Lのファーメンターに種培養の場合と同組成の培地を約20L入れて、加熱滅菌、冷却して温度27℃とした後、種培養液1v/v%を接種し、温度27℃、pH6.0乃至8.0に保ちつつ、72時間通気攪拌培養した。培養後、培養液中のイソマルトース遊離酵素としてのイソマルトデキストラナーゼ活性は約16.5単位/mlであり、遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収した上清約18Lの酵素活性を測定したところ、本酵素は約16単位/mlの活性(総活性約288,000単位)であった。尚、イソマルトデキストラナーゼ活性の測定は、濃度0.1M酢酸緩衝液(pH5.5)を含む濃度1.25w/v%デキストラン水溶液4mlを基質液とし、その基質液に酵素液1ml加えて、40℃で20分間酵素反応し、その反応液から1mlを採り、それをソモギー銅液2mlに加えて反応を停止させた後、生成したイソマルトースの還元力をソモギー・ネルソン法で定量することにより行った。イソマルトデキストラナーゼの活性1単位は、上記の条件下で1分間に1μモルのイソマルトースに相当する還元力を生成する酵素量と定義した。培養上清約18LをUF膜で約2Lに濃縮した後、80%飽和硫安液で塩析して4℃、24時間放置した。その塩析沈殿物を遠心分離(10、000rpm、30分間)して回収し5mMリン酸緩衝液(pH6.8)に溶解後、同緩衝液に対して透析して粗酵素液約400mlを得た。この粗酵素液を『Sepabeads FP−DA13』ゲルを用いたイオン交換クロマトグラフィー(ゲル量2L)に供した。イソマルトデキストラナーゼ活性は、『セパビーズ(Sepabeads)FP−DA13』ゲルに吸着せずに、非吸着画分に溶出した。この活性画分を回収し、80%飽和硫安液で塩析して4℃、24時間放置した。その塩析沈殿物を遠心分離(10,000rpm、30分間)して回収し5mMリン酸緩衝液(pH6.8)に溶解後、同緩衝液に対して透析して、イソマルトデキストラナーゼ活性として161,000単位を含む部分精製酵素液約500mlを得た。
実験例16:α−イソマルトシルグルコ糖質及び環状四糖からのイソマルトースの調製
最終固形物濃度0.2%のパノース、α−イソマルトシルマルトース、α−イソマルトシルトリオース、α−イソマルトシルテトラオース、又は環状四糖水溶液に、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを、固形物グラム当たり100単位(環状四糖の場合、100単位又は3000単位)を加えて、40℃、pH5.5で24時間作用させ、100℃で20分間保持して反応を停止した。その酵素反応液の糖組成をHPLC法を用いて測定した。HPLCは、『MCIGEL CK04SS』カラム(三菱化学株式会社製)を用い、カラム内温度80℃、溶離液としての水の流速0.5ml/minの条件で行い、検出は示差屈折計『RI−8012』(東ソー株式会社製)を用いて行なった。その結果を表18に示す。
Figure 2002088374
表18の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質にイソマルトデキストラナーゼを作用させた結果、基質としてのパノースからは、グルコースとイソマルトースのみが生成し、基質としてのα−イソマルトシルマルトースからは、イソマルトースとマルトースとのみが生成し、基質としてのα−イソマルトシルトリオースからは、イソマルトースとマルトトリオースのみが生成し、基質としてのα−イソマルトシルテトラオースからは、イソマルトースとマルトテトラオースのみが生成することが判明した。一方、基質としての環状四糖からは、生成物Aを中間体として、イソマルトースのみが生成することが判明した。
次いで、基質としての環状四糖からの中間体である生成物Aの精製と単離を行った。即ち、分取用HPLCカラム『YMC−Pack ODS−A R355−15S−15 12A』(株式会社ワイエムシィ社製)を用いて生成物Aを精製し単離することにより、上記の環状四糖からの反応物から、純度98.2%以上の生成物Aを固形物収率約7.2%で単離した。
生成物Aについて、常法に従ってメチル化分析とNMR分析とを行なった。メチル化分析結果は表19にまとめた。NMR分析結果についていては、H−NMRスペクトルを第21図に示した。又、13C−NMRスペクトルを第22図に示し、それらの帰属を表20にまとめた。
Figure 2002088374
Figure 2002088374
これらの結果から、イソマルトデキストラナーゼによる環状四糖からイソマルトースを生成する際の中間体である生成物Aは、環状四糖のα−1,3結合のいずれか一つが加水分解して開環化した四糖類で、構造式3で表わされるα−グルコシル−(1→6)−α−グルコシル−(1→3)−α−グルコシル−(1→6)−α−グルコース(開環四糖)であることが判明した。
構造式3:
αD−Glcp(1→6)αD−Glcp(1→3)αD−Glcp−(1→6)αD−Glcp
以上のことから、イソマルトデキストラナーゼのα−イソマルトシルグルコ糖質に対する作用は以下のように判断される。
イソマルトデキストラナーゼは、基質として、非還元末端に6−O−α−グルコシル基を有するα−イソマルトシルグルコ糖質に作用し、その非還元性末端のイソマルトシル残基とグルコース(マルトオリゴ糖)残基間のα−1,4結合を特異的に加水分解して、イソマルトースとグルコース(マルトオリゴ糖)とを生成する。又、イソマルトデキストラナーゼは、基質として、環状四糖にも作用し、そのα−1,3結合を加水分解して、開環して、中間体として開環四糖を生成し、さらに、開環四糖にも作用し、そのα−1,3結合を加水分解して、イソマルトースを生成する。
実験例17:各種基質からのイソマルトースの生成
各種糖質を用いて、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素及びイソマルトデキストラナーゼの作用によるイソマルトースの生成について試験した。即ち、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース、マルトヘプタオース、アミロース、又は澱粉部分分解物(商品名『パインデックス#100』、松谷化学株式会社製)と塩化カルシウムを用いて、それぞれ水溶液の糖質最終濃度が5%、塩化カルシウム最終濃度が1mMとなるように調製した。次いで、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり0.2単位と、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを固形物グラム当り100単位とを加え、これらを40℃、pH5.5で反応させた。反応条件は、下記2つの系で行った。
(1)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を糖質に65時間作用させた後、酵素を熱失活し、続いて、イソマルトデキストラナーゼを65時間作用させた後、酵素を熱失活させた。
(2)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼとを併用で糖質に65時間作用させた後、両酵素を加熱失活させた。次いで、加熱処理した酵素反応液中のイソマルトース生成量をHPLC法で定量した。それらの結果を表21に示す。
Figure 2002088374
表21の結果から明らかなように、試験したいずれの糖質からも、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼの作用によってイソマルトースが生成した。その生成量は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させた後にイソマルトデキストラナーゼを作用させた場合には、約15%以下と比較的に低いのに対して、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼとを共に作用させると、いずれの糖質に於いても、イソマルトースの生成量は向上し、特に、マルトヘプタオース、アミロース、澱粉部分分解物では60%以上にまで増加することが判明した。このα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼとの併用におけるイソマルトースの生成メカニズムは、両酵素の反応特性から以下のように推定される。
(1)α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素は、アミロースや澱粉部分分解物などのα−1,4グルカン鎖の非還元末端グルコース基に作用し、そのグルコース基を他のα−1,4グルカン鎖の非還元末端グルコース基の6位水酸基に分子間転移させ、非還元末端にα−イソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖が生成する。
(2)イソマルトデキストラナーゼは、非還元末端にイソマルトシル基を有するα−1,4グルカン鎖に作用し、そのイソマルトシル基とα−1,4グルカン鎖間α−1,4結合を加水分解して、イソマルトースとグルコース重合度が2減じたグルカン鎖とを生成する。
(3)切り離されたα−1,4グルカン鎖は、再度、(1)乃至(2)の反応を受けることによって、新たにイソマルトースが生成する。α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼとの併用で、上記したように、両酵素が繰り返し作用してイソマルトースの生成量が増加すると推定される。
実験例18:イソアミラーゼの添加効果
澱粉部分分解物『パインデックス#100』水溶液(最終濃度5%、1mM塩化カルシウム含有)を調製し、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルス C11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を澱粉グラム当たり0.2単位と、実験例15で得たイソマルトデキストラナーゼを澱粉グラム当り100単位と、シュードモナス アミロデラモサス由来イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り0乃至250単位加え、40℃、pH5.5で併用で65時間作用させた後、100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。生成したイソマルトースをHPLC法で定量した。それらの結果を表22に示す。
Figure 2002088374
表22の結果から明らかなように、イソアミラーゼを添加することによって、イソマルトースの生成量が増加することが判明した。
実験例19:澱粉部分分解物濃度の影響
濃度の異なる8種類の澱粉部分分解物『パインデックス#100』(DE約2乃至約5)水溶液((最終濃度1乃至40%の水溶液、1mM塩化カルシウム含有)を調製し、それぞれに、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルスC11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を固形物グラム当たり0.2単位と、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを固形物グラム当り100単位と、シュードモナス アミロデラモサス由来イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を固形物グラム当たり250単位加え、40℃、pH5.5で併用で65時間作用させた後、100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。生成したイソマルトースをHPLC法で定量した。それらの結果を表23に示す。
Figure 2002088374
表23の結果から明らかなように、澱粉部分分解物の濃度が1%の低濃度では、イソマルトースの生成量は約73%であるのに対し、濃度40%の高濃度では、イソマルトースの生成量は約51%と、基質である澱粉部分分解物の濃度に依存してイソマルトースの生成量が変化することが判明した。
実験例20:澱粉液化程度の影響
とうもろこし澱粉を濃度15%澱粉乳とし、これに炭酸カルシウムを0.1%加えてpH6.0に調整し、α−アミラーゼ(商品名『ターマミール60L』、ノボ社製)を澱粉グラム当り0.2乃至2.0%を加え、95℃で10分間反応させ、次いで、120℃にオートクレーブし、約40℃に急冷して、DE3.2乃至20.5の液化溶液を得、これに最終澱粉濃度5%、pH5.5に調整した後、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルスC11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素標品を固形物グラム当たり0.2単位と、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを固形物グラム当り100単位と、シュードモナス・アミロデラモサス由来イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を固形物グラム当たり250単位を加え、40℃で65時間反応させた。100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。生成したイソマルトースをHPLC法で定量した。それらの結果を表24に示す。
Figure 2002088374
表24の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼとによるイソマルトース生成率は、澱粉の液化度の影響を受け、液化の程度が低いほど、即ち、DEが低値であるほど、澱粉からのイソマルトースの生成率は高く、逆に、液化の程度が高い、即ち、DEが高値であるほど、澱粉からのイソマルトースの生成率が低いことが判明した。具体的には、澱粉の部分分解の程度はDE約20以下、望ましくは、DE約12以下、更に望ましくは、DE約5以下が適していることが判明した。
実験例23:シクロデキストリングルカノトランスフェラーゼとグルコアミラーゼの添加効果
澱粉部分分解物『パインデックス#100』水溶液(最終濃度20%、1mM塩化カルシウム含有)を調製し、実験例4−1で得たバチルス グロビスポルスC11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を澱粉グラム当たり0.2単位と、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを固形物グラム当り100単位と、シュードモナス アミロデラモサ由来イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り250単位と、バチルス ステアロサーモフィルス由来CGTase(株式会社林原生物化学研究所)を0乃至0.5単位加え、これら酵素を併用して、40℃、pH5.5で65時間作用させた後、100℃で15分間熱処理して酵素を失活させた。続いて、グルコアミラーゼ(商品名『XL−4』、ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当り20単位加え、50℃で24時間作用させた後、100℃で20分間熱処理して酵素を失活させた。生成したイソマルトースをHPLC法で定量した。それらの結果を表25に示す。
Figure 2002088374
表25の結果から明らかなように、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とイソマルトデキストラナーゼの酵素反応系に、CGTaseを添加することにより、イソマルトースの生成量が増加することが判明した。尚、前記グルコアミラーゼは、CGTase存在下で生成した、イソマルトースに1個以上のD−グルコース残基を結合した糖質から、D−グルコース残基を遊離させてイソマルトースを更に生成させる目的で用いたものである。
以下、実施例Aで及び実施例Bに於いて、本発明のイソマルトース又はイソマルトース高含有物の製造方法とその用途について詳細に説明する。
実施例A−1
トウモロコシ由来フィトグリコーゲン(キューピー株式会社製)の水溶液(約100L)を濃度4w/v%、pH6.0、温度30℃に調整した後、実験例4−1の方法で得たバチルス グロビスポルスC11由来の精製α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を澱粉グラム当たり1単位と、実験例4−4の方法で得たバチルス グロビスポルスC11由来の精製α−イソマルトシル転移酵素を澱粉グラム当り10単位加えて48時間反応させた後、100℃で10分間熱処理して酵素を失活させた。この酵素反応液の一部をとり、HPLC法により環状四糖の生成量を調べたところ、糖組成で約84%であった。尚、HPLC法は、『ショウデックス(Shodex)KS−801カラム』(昭和電工株式会社製)を用いカラム温度60℃、流速0.5ml/min水の条件で行い、検出は示唆屈折計『RI−8012』(東ソー株式会社製)を用いて行なった。この酵素反応液をpH5.0、温度45℃に調整した後、α−グルコシダーゼ(商品名『トランスグルコシダーゼ・アマノ』、天野エンザイム株式会社製)を澱粉グラム当たり1500単位と、グルコアミラーゼ(商品名『XL−4』、ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当たり75単位とを加えて24時間反応させて残存する還元性オリゴ糖等を加水分解し、更に、水酸化ナトリウムでpHを5.8に調整し、温度90℃で1時間保持して酵素を失活させ、次いで、不溶物を濾別した。この濾液を逆浸透膜(商品名『ホロセップHR5155PI』、東洋紡績株式会社製)を用いて固形分濃度約16%まで濃縮した後、常法に従って、脱色、脱塩、濾過、濃縮することにより、固形分約3,700gを含む糖液約6.2kgを得た。本糖液を、イオン交換樹脂(商品名『アンバーライトCR−1310(Na+形)型』、オルガノ社製)を充填したカラム(ゲル量約225L)に供し、カラム温度60℃で流速約45L/hの条件でクロマト分離を行った。溶出液の糖組成を前記HPLC法でモニターして、環状四糖の純度が98%以上の画分を回収し、これを常法に従って、脱塩、脱色、濾過、濃縮して、固形分約2,500gを含む糖液約7.5kgを得た。本糖液の糖組成をHPLC法で測定したところ、環状四糖の純度は約99.5%であった。得られた環状四糖含有糖液をエバポレーターで濃度約50%にまで濃縮した後、この濃縮液約5kgを円筒状プラスチック容器に入れ、緩やかに回転させながら約20時間で温度を65℃から20℃まで降下させて環状四糖を晶析させた。続いて、遠心濾過器を用いて分蜜し、環状四糖結晶を湿重量として1,360g回収し、更に、60℃で3時間乾燥して、環状四糖結晶粉末を1,170g得た。本結晶粉末の糖組成をHPLC法で測定したところ、環状四糖結晶粉末の純度は99.9%以上と極めて高純度であった。
次いで、前記環状四糖結晶粉末を脱イオン水に溶解し、濃度1%、pH5.5、温度50℃に調整した後、実験例15の方法で調製したイソマルトデキストラナーゼを固形物グラム当り500単位加え、pH5.5、50℃で70時間反応させた。95℃に加熱し10分間保った後、冷却し、濾過して得られる濾液を、常法に従って、活性炭で脱色し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に、濃度約75%に濃縮して、シラップ状イソマルトース高含有物を固形物当たり約95%の収率で得た。
本品は、固形物当たり、イソマルトース96.1%、開環四糖2.8%、及びその他の糖質を1.1%含有していた。本品は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
実施例A−2
実施例A−1の方法で得られたシラップ状イソマルトース高含有物を、強酸性カチオン交換樹脂(商品名『アンバーライトCR−1310』、Na+形、オルガノ株式会社製)を用いてカラムクロマトグラフィーを行なった。即ち、前記樹脂を内径12.5cmのジャケット付きステンレス製カラム10本に充填し、これらカラムを直列接続して樹脂層全長を16mとした。カラム内温度を40℃に維持しつつ、前記シラップを樹脂量に対して1.5v/v%加え、これに40℃の温水をSV0.2で流して分画し、溶出液の糖組成をHPLC法でモニターしながら、イソマルトース高含有画分を採取し、これを精製し、イソマルトース高含有液を得た。イソマルトースの固形物当たりの収率は約80%であった。本液を、常法に従って、脱色、脱塩、濃縮して、濃度約75%のシラップ状イソマルトース高含有物を得た。
本品は、固形物当たり約99.9%以上の極めて高純度のイソマルトースを含有していた。本品は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
実施例A−3
タピオカ澱粉を濃度約20%の澱粉乳とし、これに炭酸カルシウム0.1%加え、pH6.5に調整し、α−アミラーゼ(商品名『ターマミール60L』、ノボ社製)を澱粉グラム当たり0.3%加え、95℃で15分間反応させ、次いで120℃に20分間オートクレーブし、更に約40℃に急冷してDE約4の液化溶液を得、これに実験例2−1の方法で得たα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を澱粉グラム当り0.2単位と、実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを澱粉グラム当り100単位と、イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り250単位と、CGTase(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り0.5単位になるように加え、pH5.5、温度40で64時間反応させた。その反応液を95℃で30分間保った後、温度50℃に調整した後、グルコアミラーゼ剤(商品名『グルコチーム』、ナガセ生化学工業株式会社製)を固形物グラム当たり10単位加え、24時間反応させ、その反応液を95℃に加熱し30分間保った後、冷却し、濾過して得られる濾液を、常法に従って、活性炭で脱色し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に濃縮し、乾燥し、粉末化し、造粒して顆粒状イソマルトース高含有物を固形物当たり約95%の収率で得た。
本品は、グルコース11.0%、イソマルトース66.5%、その他の2糖類を2.4%、3糖類以上を20.1%含有していた。本品は、優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
実施例A−4
バチルス グロビスポルスC9(FERM BP−7143)を実験例1の方法に準じて、ファーメンターで48時間培養した。培養後、SF膜を用いて除菌濾過し、約18Lの培養濾液を回収し、更に、その濾液をUF膜濃縮し、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を8.8単位/mlとα−イソマルトシル転移酵素を26.7単位/mlとを含む濃縮酵素液約1Lを回収した。とうもろこし澱粉を濃度約27%の澱粉乳とし、これに炭酸カルシウム0.1%加え、pH6.5に調整し、α−アミラーゼ(商品名『ターマミール60L』、ノボ社製)を澱粉グラム当たり0.3%加え、95℃で15分間反応させ、次いで120℃に20分間オートクレーブし、更に約40℃に急冷してDE約4の液化溶液を得、これに上記α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素とα−イソマルトシル転移酵素とを含む濃縮酵素液を澱粉グラム当り0.25mlの割合になるように加え、更に実験例15の方法で得たイソマルトデキストラナーゼを澱粉グラム当り100単位と、イソアミラーゼ(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り250単位と、CGTase(株式会社林原生物化学研究所製)を澱粉グラム当り0.5単位となるように加え、pH5.5、温度40℃で70時間反応させた。その反応液を95℃に加熱し10分間保った後、温度50℃に調整した後、グルコアミラーゼ剤(商品名『グルコチーム』、ナガセ生化学工業株式会社製)を澱粉グラム当たり20単位加え、24時間反応させ、その反応液を95℃に加熱し30分間保った後、冷却し、濾過して得られる濾液を、常法に従って、活性炭で脱色し、H型及びOH型イオン交換樹脂により脱塩して精製し、更に濃縮して濃度75%のシラップ状イソマルトース高含有物を固形物当たり約95%の収率で得た。
本品は、固形物当り、グルコース32.6%、イソマルトース59.4%、その他の2糖類を1.2%、3糖類以上を6.8%含有していた。本品は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
実施例A−5
実施例A−4の方法で得られたイソマルトース含有シラップを原糖液とし、イソマルトースの含量を高めるため、実施例A−2の方法に準じて塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーを行なった後、イソマルトース高含有画分を採取し、これを精製し、濃縮して、イソマルトース高含有シラップを固形物当たり約60%の収率で得た。
本品は、固形物当たり、グルコース4.8%、イソマルトース85.3%、その他の2糖類を3.9%、3糖類以上を6.0%含有していた。本品は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
実施例B−1:甘味料
実施例A−1の方法により得た粉末状イソマルトース高含有物0.8重量部に、トレハロース含水結晶(登録商標『トレハ』、株式会社林原商事販売)0.2重量部、α−グリコシルステビオシド(商品名『αGスィート』、東洋精糖株式会社販売)0.01重量部、及びL−アスパルチル−L−フェニルアラニンメチルエステル(商品名『アスパルテーム』)0.01重量部を均一に混合し、顆粒成形機にかけて顆粒状甘味料を得た。本品は、甘味の質が優れ、蔗糖の約2倍の甘味度を有している。本品は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性を有するイソマルトースを含有する低甘味料組成物である。又、本品は、室温保存下、変質劣化の懸念が無く、安定である。
実施例B−2:ハードキャンディー
濃度55%蔗糖溶液100重量部に実施例A−2の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物50重量部を加熱混合し、次いで減圧下で水分2%未満になるまで加熱濃縮し、これにクエン酸0.6重量部及び適量のレモン香料と着色料とを混和し、常法に従って成形し、製品を得た。本品は歯切れ、呈味、風味とも良好で、蔗糖の晶出も起きず、吸湿性少ない安定で高品質のハードキャンディーである。
実施例B−3:チューインガム
ガムベース3重量部を柔らかくなる程度に加熱溶融し、これに無水結晶マルチトール2重量部、キシリトール2重量部、実施例A−5の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物2重量部、及びトレハロース含水結晶1重量部とを加え、更に適量の香料と着色料とを混合し、常法に従って、ロールにより練り合わせ、成形、包装して製品を得た。本品は、テクスチャー、呈味、風味良好で、低う蝕性、低カロリーのチューインガムとして好適である。
実施例B−4:粉末ペプチド
40%食品用大豆ペプチド溶液(商品名『ハイニュートS』、不二製油株式会社販売)1重量部に、実施例A−4の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物2重量部を混合し、プラスチック製バットに入れ、50℃で減圧乾燥し、粉砕して粉末ペプチドを得た。本品は風味良好で、プレミックス、冷菓などの低カロリー製菓材料として有用であるのみならず、経口流動食、経管流動食のための難消化性の食物繊維、整腸材料、健康食品材料としても有用である。
実施例B−5:浴用剤
ユズの皮ジュース1重量部に対して、実施例A−3の方法で得た顆粒状イソマルトース高含有物10重量部及び環状四糖1重量部の割合で混合し、粉末化して、ユズの皮エキス含有イソマルトース含有粉末を得た。
本粉末5重量部に、焼塩90重量部、トレハロース含水結晶2重量部、無水ケイ酸1重量部及びα−グルコシル ヘスペリジン(商品名『αGヘスペリジン』、株式会社林原販売)0.5重量部を混合して浴用剤を製造した。
本品は、ユズの香りも豊かで、入浴用の湯に100乃至10,000倍に希釈して利用すればよく、入浴後は、肌がしっとりしなめらかで、湯冷めしない高品質の浴用剤である。
実施例B−6:化粧用クリーム
モノステアリン酸ポリオキシエチレングリコール2重量部、自己乳化型モノステアリン酸グリセリン5重量部、実施例A−2の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物2重量部、α−グルコシル ルチン(商品名『αGルチン』、株式会社林原販売)1重量部、流動パラフィン1重量部、トリオクタン酸グリセリン10重量部および防腐剤の適量を常法に従って加熱溶解し、これにL−乳酸2重量部、1,3−ブチレングリコール5重量部および精製水66重量部を加え、ホモゲナイザーにかけ乳化し、更に香料の適量を加えて撹拌混合し、化粧用クリームを製造した。本品は、抗酸化性を有し、安定性が高く、高品質の日焼け止め、美肌剤、色白剤などとして有利に利用できる。
実施例B−7:練歯磨
第二リン酸カルシウム45重量部、ラウリル硫酸ナトリウム1.5重量部、グリセリン25重量部、ポオキシエチレンソルビタンラウレート0.5重量部、実施例A−5の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物15重量部、サッカリン0.02重量部および防腐剤0.05重量部を水13重量部と混合して練歯磨を得た。本品は、界面活性剤の洗浄力を落とすことなく、嫌味を改良し、使用後感も良好である。
実施例B−8:流動食用固体製剤
実施例A−1の方法で得た粉末状イソマルトース高含有物100重量部、トレハロース含水結晶200重量部、マルトテトラオース高含有粉末200重量部、粉末卵黄270重量部、脱脂粉乳209重量部、塩化ナトリウム4.4重量部、塩化カリウム1.8重量部、硫酸マグネシウム4重量部、チアミン0.01重量部、アスコルビン酸ナトリウム0.1重量部、ビタミンEアセテート0.6重量部及びニコチン酸アミド0.04重量部からなる配合物を調製し、この配合物25グラムずつ防湿性ラミネート小袋に充填し、ヒートシールして製品を得た。
本品は、整腸作用に優れた流動食である。1袋分を約150乃至300mlの水に溶解して流動食とし、経口的、又は鼻腔、胃、腸などへ経管的使用方法により利用され、生体へのエネルギー補給用に有利に利用できる。
実施例B−9:錠剤
アスピリン50重量部に実施例A−2の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物14重量部、コーンスターチ4重量部を充分に混合した後、常法に従って打錠機により打錠して厚さ5.25mm、1錠680mgの錠剤を製造した。
本品は、イソマルトースの賦形性を利用したもので、吸湿性がなく、物理的強度も充分にあり、しかも水中での崩壊はきわめて良好である。
実施例B−10:糖衣錠
重量150mgの素錠を芯剤とし、これに実施例A−1の方法で得た粉末状イソマルトース高含有物40重量部、プルラン(平均分子量20万)2重量部、水30重量部、タルク25重量部および酸化チタン3重量部からなる下掛け液を用いて、錠剤重量が約230mgになるまで糖衣し、次いで、環状四糖結晶粉末65重量部、プルラン1重量部および水34重量部からなる上掛け液を用いて、糖衣し、更に、ロウ液で艶出しして光沢のある外観の優れた糖衣錠を得た。本品は、耐衝撃性にも優れており、高品質を長期間維持する。
実施例B−11:外傷治療用膏薬
実施例A−5の方法で得たシラップ状イソマルトース高含有物100重量部およびマルトース300重量部に、ヨウ素3重量部を溶解したメタノール50重量部を加え混合し、更に10w/v%プルラン水溶液200重量部を加えて混合し、適度の延び、付着性を示す外傷治療用膏薬を得た。本品は、イソマルトースにより、ヨウ素、メタノールの揮散が防止され、経時変化の少ない商品価値の高い膏薬である。
又、本品は、ヨウ素による殺菌作用のみならず、マルトースによる細胞へのエネルギー補給剤としても作用することから治癒期間が短縮され、創面もきれいに治る。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明は、イソマルトースの新規な製造方法とその用途に関し、より詳細には、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下で、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて、非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度3以上のα−イソマルトシルグルコ糖質、及び/又は、サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}を生成させ、次いで、イソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することを特徴とするイソマルトースの製造方法とその用途に関する発明である。斯かる本発明によれば、斯界に於いて有用なイソマルトース及びイソマルトース高含有物を工業的に大量かつ安価に高収率で製造し得ることなった。斯かる本発明によるイソマルトース及びイソマルトース高含有物は、難結晶性で優れた保湿性、低甘味性、浸透圧調節性、賦形性、照り付与性、保湿性、粘性、糖質晶出防止性、難醗酵性、澱粉の老化防止性等を有していることから、各種飲食品、健康食品、飼料、餌料、化粧品、医薬品、嗜好品などに有利に用いることができる。
本発明は斯くも顕著な作用効果を奏する発明であり、斯界に貢献すること誠に多大な意義ある発明である。
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【図面の簡単な説明】
第1図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
第2図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
第3図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の温度安定性を示す図である。
第4図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のpH安定性を示す図である。
第5図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシル転移酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
第6図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシル転移酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
第7図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシル転移酵素の温度安定性を示す図である。
第8図は、バチルス グロビスポルスC9由来のα−イソマルトシル転移酵素のpH安定性を示す図である。
第9図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
第10図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
第11図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素の温度安定性を示す図である。
第12図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素のpH安定性を示す図である。
第13図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシル転移酵素の酵素活性に及ぼす温度の影響を示す図である。
第14図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシル転移酵素の酵素活性に及ぼすpHの影響を示す図である。
第15図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシル転移酵素の温度安定性を示す図である。
第16図は、バチルス グロビスポルスC11由来のα−イソマルトシル転移酵素のpH安定性を示す図である。
第17図は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素反応により得られたα−イソマルトシルマルトトリオースのH−NMRスペクトルを示す図である。
第18図は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素反応により得られたα−イソマルトシルマルトテトラオースのH−NMRスペクトルを示す図である。
第19図は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素反応により得られたα−イソマルトシルマルトトリオースの13C−NMRスペクトルを示す図である。
第20図は、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素反応により得られたα−イソマルトシルマルトテトラオースの13C−NMRスペクトルを示す図である。
第21図は、生成物AのH−NMRスペクトルを示す図である。
第22図は、生成物Aの13C−NMRスペクトルを示す図である。

Claims (19)

  1. 非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に、α−イソマルトシル転移酵素の非存在下又は存在下で、α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させて、非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度3以上のα−イソマルトシルグルコ糖質、及び/又は、サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}を生成させ、この生成物にイソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することを特徴とするイソマルトースの製造方法。
  2. α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させるに際し、α−イソマルトシル転移酵素、シクロマルトデキストリングルカノトランスフェラーゼ、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ及び澱粉枝切酵素から選ばれる1種又は2種以上の酵素を作用させることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイソマルトースの製造方法。
  3. α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素を作用させた後に、α−イソマルトシル転移酵素、シクロマルトデキストリングルカノトランスフェラーゼ、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ及びイソアミラーゼから選ばれる1種又は2種以上の酵素を作用させることを特徴とする、請求の範囲第1項記載のイソマルトースの製造方法。
  4. 非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質が、マルトオリゴ糖、マルトデキストリン、アミロデキストリン、アミロース、アミロペクチン、可溶性澱粉、液化澱粉、糊化澱粉及びグリコーゲンから選ばれる1種又は2種以上の糖質である請求の範囲第1項、第2項又は第3項記載のイソマルトースの製造方法。
  5. サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}、α−グルコシル−(1→6)−α−グルコシル−(1→3)−α−グルコシル−(1→6)−α−グルコース及びパノースから選ばれる2種以上の混合糖質に、イソマルトース遊離酵素を作用させてイソマルトースを生成させ、この生成したイソマルトースを採取することを特徴とするイソマルトースの製造方法。
  6. サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}、α−グルコシル−(1→6)−α−グルコシル−(1→3)−α−グルコシル−(1→6)−α−グルコース及びパノースが、非還元末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度2以上の糖質に酵素を作用させて得られたものであることを特徴とする請求の範囲第5項記載のイソマルトースの製造方法。
  7. α−イソマルトシル転移酵素が、下記の理化学的性質を有する酵素である請求の範囲第1項乃至第6項記載のイソマルトースの製造方法。
    (1) 作用
    非還元性末端の結合様式としてα−1,6グルコシル結合を有し、この非還元性末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度が3以上の糖質から、α−イソマルトシル転移することによって、サイクロ{→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→6)−α−D−グルコピラノシル−(1→3)−α−D−グルコピラノシル−(1→}の構造を有する環状四糖を生成する
    (2) 分子量
    SDS−ゲル電気泳動法により、約82,000乃至132,000ダルトン
    (3) 等電点
    アンフォライン含有電気泳動法により、pI約5.0乃至6.1
    (4) 至適温度
    pH6.0、30分間反応で、約45乃至50℃
    (5) 至適pH
    35℃、30分間反応で、pH約5.5乃至6.0
    (6) 温度安定性
    pH6.0、60分間保持で、約40℃まで安定
    (7) pH安定性
    4℃、24時間保持で、pH約4.0乃至9.0
  8. α−イソマルトシルグルコ糖質生成酵素が、下記の理化学的性質を有する酵素である請求の範囲第1項乃至第6項記載のイソマルトースの製造方法。
    (1) 作用
    非還元性末端の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度が2以上の糖質から、還元力を実質的に増加することなくα−グルコシル転移することによって、非還元性末端の結合としてα−1,6グルコシル結合様式を有し、この非還元末端以外の結合様式としてα−1,4グルコシル結合を有するグルコース重合度が3以上の糖質を生成する
    (2) 分子量
    SDS−ゲル電気泳動法により、約117,000乃至160,000ダルトン
    (3) 等電点
    アンフォライン含有電気泳動法により、pI約4.7乃至5.7
    (4) 至適温度
    pH6.0、60分間反応で、約40乃至45℃
    1mMCa2+存在下では、約45乃至50℃
    (5) 至適pH
    35℃、60分間反応で、pH約6.0乃至6.5
    (6) 温度安定性
    pH6.0、60分間保持で、約35乃至40℃まで安定
    1mMCa2+存在下では、約40乃至45℃まで安定
    (7) pH安定性
    4℃、24時間保持で、pH約4.5乃至10.0
  9. イソマルトースを採取する工程に於いて、アルカリ金属形及び/又はアルカリ土類金属形強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーを用いることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第8項記載のイソマルトースの製造方法。
  10. 得られるイソマルトースが、固形物当たりイソマルトースを40%(w/w)以上含有するイソマルトース高含有物である請求の範囲第1項乃至第9項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法。
  11. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得ることのできる、固形物当たりイソマルトースを40乃至99%(w/w)含有すると共に、グルコース、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、澱粉部分加水分解物、α−イソマルトシルグルコ糖質、及びα−グルコシル−(1→6)−α−グルコシル−(1→3)−α−グルコシル−(1→6)−α−グルコースから選ばれる1種又は2種以上の糖質を1乃至60%(w/w)含有することを特徴とするイソマルトース高含有物。
  12. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を含む飲食物又は健康食品。
  13. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得ることのできるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を含む飼料又は餌料。
  14. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を含む化粧品。
  15. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を含む医薬品。
  16. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を用いることを特徴とする飲食物又は健康食品の製造方法。
  17. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を用いることを特徴とする飼料又は餌料の製造方法。
  18. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を用いることを特徴とする化粧品の製造方法。
  19. 請求の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載のイソマルトースの製造方法により得られるイソマルトース又は請求の範囲第11項記載のイソマルトース高含有物を用いることを特徴とする医薬品の製造方法。
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